IOT na batérie: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ak váš IOT projekt poháňaný batériou funguje prerušovane, tento obvod používa v nečinnosti iba 250 nA (to je 0,00000025 ampérov!). Bežne sa väčšina aktivity batérie premrhá medzi aktivitami. Napríklad projekt, ktorý funguje 30 sekúnd každých 10 minút, plytvá 95% kapacity batérie!

Väčšina mikrořadičov má pohotovostný režim s nízkym výkonom, ale stále potrebuje energiu na udržanie procesora nažive. Energiu spotrebúvajú aj všetky periférne zariadenia. Aby sa pohotovostný prúd dostal pod 20-30 mA, vyžaduje si to veľa úsilia. Tento projekt bol vyvinutý na hlásenie teploty a vlhkosti vo včelích úľoch. Pretože vzdialená poloha je napájaná batériou a bunkovým štítom na hlásenie údajov, kde je jediná voľba.

Tento obvod bude fungovať s akýmkoľvek ovládačom a napájaním 12, 5 alebo 3V. Väčšina elektronických obchodov bude mať komponenty, ktoré stoja iba niekoľko dolárov.

Zásoby

Rezistory: 2x1K, 3x10K, 1x470K, 2x1M, 5x10M

Diódy: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Hodiny: PCF8563 alebo ekvivalent pre mikrokontrolér

Relé: EC2-12TNU pre napájanie 12V

EC2-5TNU pre 5V

EC2-3TNU pre 3V

Napájanie: prevodník OKI-78SR-5/1,5-W36-C na 12 V až 5 V alebo podľa požiadaviek mikrokontroléra

Prepínač: Krátke stlačenie pre reset, SPDT pre test

Krok 1: Ako funguje obvod

Obvod je celkom jednoduchý:

- Alarm napájaný z batérie sa vypne a prepne vypínačom

- Napájanie prúdi z batérie do ovládača, ktorý sa spustí a robí svoje

-Ovládač resetuje alarm

- Potom prepne vypínač do polohy vypnuté.

Krok 2: Hodiny

Väčšina hodín v reálnom čase by mala fungovať za predpokladu, že sú kompatibilné s vašim ovládačom a majú prerušovaciu (int) linku, ktorá vám oznámi, kedy sa spustí alarm.

V závislosti od konkrétneho ovládača a hodín budete musieť nainštalovať softvérovú knižnicu.

PROSÍM, nastavte ovládač a hodiny na prototypovej doske a uistite sa, že ho môžete naprogramovať tak, aby nastavil čas, kedy by malo dôjsť k ďalšiemu prerušeniu a ako zrušiť prerušenie po spustení alarmu. Je oveľa jednoduchšie to začať fungovať pred zostavením konečnej dosky. Poznámky k programovaniu nájdete v poslednom kroku.

Krok 3: Prepínač

Na prepínač používame blokovacie relé s 2 cievkami.

Prepnutím prúdu cez nastavenú cievku sa relé zapne. Prúd musí prúdiť iba asi 12 ms a potom sa dá vypnúť a nechať relé zapnuté.

Relé vypnete podobným impulzom cez resetovaciu cievku.

Chceme spínacie relé, aby sme na zatvorenie relé nepoužívali batériu. Tiež relé napájame „zapnutím“z tohto obvodu a po jeho vypnutí „vypína“z regulátora.

Projekt bol postavený pre batériu 12V SLA. Tieto sú lacné (nulové, pretože som už jednu mal!) A v kanadskej zime budú fungovať dobre s malou solárnou nabíjačkou.

Okruh je možné postaviť pomocou 3 V relé pomocou niekoľkých batérií AA. Pretože relé zvládne 2A pri sieťovom napätí, môže prepínať malú nástennú napájaciu jednotku (alebo druhé relé s vyššou kapacitou) pre zariadenia napájané zo siete. Uistite sa, že všetko nad 12 V je v riadne uzemnenej krabici a dobre izolované.

Krok 4: 2N7000 MOSFET

Tento obvod používa ako prepínače 3 N kanálové MOSFETy s 2 kanálom NN s rozšíreným režimom (tranzistor s efektom poľa s polovodičovým oxidom kovu).

Stojí to len pár dolárov a sú to celkom pozoruhodné zariadenia. Keď napätie brány prekročí asi 2 V, prúdi medzi odtokom (+) a zdrojom (-). Keď je „zapnutý“odpor zdroja a odtoku je približne ohm. Keď je veľa megohmov. Jedná sa o kapacitné zariadenia, takže prúd brány stačí na „nabitie“zariadenia.

Medzi bránou a zdrojom je potrebný odpor, aby sa brána mohla vybiť, keď je napätie brány nízke, inak sa zariadenie nevypne.

Krok 5: Okruh

Prerušovacia čiara z hodín (INT) normálne pláva a je prepojená (vo vnútri hodín) so zemou, keď sa spustí alarm. Rezistor 1M ťahá túto čiaru vysoko pri čakaní na poplach.

U1 funguje ako menič, pretože potrebujeme aktívny spínač na zapnutie relé, keď sa spustí alarm. Opak hodinového výstupu. To znamená, že U1 je vždy v pohotovostnom režime a batériu neustále vybíja. Našťastie môžeme na obmedzenie tohto prúdu použiť veľmi veľký odpor R1. Simulácie ukázali, že to môže byť až niekoľko Gohmov! Môj miestny obchod mal iba 10 miliónov odporov, takže som použil 5 v sérii. 250na je v mojej knihe dostatočne nízka.

U2 je jednoduchý spínač na napájanie nastavenej cievky relé.

Dve diódy sú potrebné na ochranu obvodu pri vypnutí napájania cievok relé. Magnetické pole sa zrúti a vyvolá súčasný hrot, ktorý by mohol niečo poškodiť.

Surových 12 V z batérie sa odvádza do deliča napätia R6 a R7. Stredový bod smeruje k jednému z analógových pinov ovládača, aby bolo možné monitorovať a hlásiť napätie batérie.

U4 je vysoko účinný menič DC na DC, ktorý vytvára 5 V pre regulátor.

Keď regulátor skončí, zdvihne vysoko Poffovu líniu, ktorá zapne U3 a vypne relé. Rezistor R4 poskytuje pozemnú cestu pre bránu U3. MOSFET je kapacitné zariadenie a R4 umožňuje náboju prúdiť k zemi, aby sa vypínač mohol vypnúť.

Testovací spínač smeruje napájanie z mikroovládača do diódy LED. Je to užitočné pri testovaní tohto obvodu, ale zásadné je to vtedy, keď je ovládač pripojený k počítaču na programovanie a testovanie kódu. Ospravedlňujeme sa, ale netestoval som s napájaním z 2 zdrojov!

Tlačidlo resetovania bolo potrebným dodatočným nápadom. Bez neho nie je možné nastaviť budík pri prvom zapnutí systému !!!

Krok 6: Simulácia obvodu

Simulácia vľavo zobrazuje hodnoty, keď je systém nečinný. Vpravo je simulácia, keď je alarm aktívny a prerušenie linky je stiahnuté nízko.

Skutočné napätia súhlasia so simuláciou primerane dobre, ale nemám spôsob, ako potvrdiť skutočný odber prúdu.

Krok 7: Konštrukcia a programovanie

Obvod bol postavený v úzkom páse, aby zhruba zodpovedal schéme zapojenia. Nič zložité.

Hneď ako sa program spustí, mal by resetovať alarm. Tým sa zastaví tok prúdu cez nastavenú cievku relé. Program dokáže svoje a po dokončení nastaví budík a všetko vypne vypnutím Poffa vysoko.

V závislosti od konkrétneho ovládača a hodín budete musieť nainštalovať softvérovú knižnicu. Táto knižnica bude obsahovať ukážkový kód.

Rozhranie a programovanie hodín by ste mali pred zapojením obvodu vyskúšať na prototypovej doske. Pre hodiny Arduino a H2-8563 ide SCL do A5 a SDA do A4. Prerušenie prejde na INT zobrazený v obvode.

Pre Arduino bude testovací kód obsahovať niečo ako:

#zahrnúť

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// nastavte dátum a čas, aby ste mohli začať. Nie je to potrebné, ak chcete iba budíky na hodinu alebo minútu. rtc.setDate (deň, deň v týždni, mesiac, storočie, rok); rtc.setTime (hod, min, s);

//Nastav budík

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, hodina, deň, deň v týždni, 99 = ignorovať

// Vymazať alarm rtc.clearAlarm (); }